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　　水分是影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的重要因素。植物體含水量一般為70%～80%，有些植物則可達(dá) 90%以上；而種子含水量小于10%；細(xì)胞壁的含水量為8%左右（Stamm，1944）。水不僅是光合作用的原料，還是各種化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的必要條件。生物的一切代謝活動都必須以水為介質(zhì)，而所有的物質(zhì)只有處在溶解狀態(tài)才能進(jìn)出細(xì)胞，所以植物與環(huán)境之間時時刻刻都在進(jìn)行著水分交換；水分還控制氣孔開合、物質(zhì)吸收與運(yùn)輸。合理的水分關(guān)系在生態(tài)農(nóng)田管理中具有十分重要的作用。水利是農(nóng)業(yè)的命脈，水分不足容易造成干旱脅迫，水分過多會造成澇害。生態(tài)農(nóng)田水分管理就是要做到“旱能澆、澇能排”，滿足作物對水分的生理生態(tài)需求。

　　3.1.1 雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)

　　降雨是指從天空降落到地面上的雨水，其來源為大氣中凝結(jié)的水蒸氣。未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失，在水面上積聚的水層深度即為降雨量，一般以毫米為單位，它可以直觀地表示降雨大小。降雨量是區(qū)域水資源量計算的重要依據(jù)，也是生態(tài)農(nóng)田水分管理的重要內(nèi)容。在氣象部門發(fā)布的天氣預(yù)報中，經(jīng)常聽到小雨、中雨、暴雨等專業(yè)術(shù)語，它們之間的區(qū)別是：小雨是指 24 小時內(nèi)降雨量不超過 10 毫米的雨，小到中雨為 5～16.9 毫米，中雨為 10～24.9 毫米，中到大雨為 17～37.9 毫米，大雨為 25～49.9毫米，大到暴雨為 38～74.9 毫米。24 小時內(nèi)雨量超過 50 毫米的稱為暴雨，超過100 毫米的稱為大暴雨，超過 250 毫米的稱為特大暴雨。零星小雨是指降雨時間很短，降雨量不超過 0.1 毫米；有時有小雨是指天氣陰沉，有時會有短時降雨出現(xiàn)；陣雨雨時短促、降雨開始和終止都很突然，降雨強(qiáng)度變化很大的雨；雷陣雨則是指下陣雨時伴著雷鳴電閃；局部地區(qū)有雨是指小范圍地區(qū)有降雨發(fā)生，分布沒有規(guī)律。在農(nóng)業(yè)中，小到中雨對作物有較好的呵護(hù)作用，而大到暴雨則會造成作物損害，如淹沒、吹倒等；零星小雨對于干旱情況下的作物效益較小。

　　氣象預(yù)報把下雨、下雪都稱為降水，降水的多少稱為降水量，表示降水量的單位通常用毫米。1 毫米降水量是指單位面積上水深1 毫米。1 毫米降水落到田地里有多少?每畝地面積是666.7 平方米，因此，1 毫米降水量就等于每畝地里增加0.667 立方米的水。每立方米水為 1 000 千克，這樣，1 毫米降水量也就等于向每畝地澆了約 667 千克水。據(jù)測定，降 5 毫米的雨，可使旱地浸透 3～6 厘米，這些降水是保持一定土壤墑情的重要水分來源。

　　雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)最早定義的是一種單純以天然降水為水源的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。隨著科技發(fā)展，在原有基礎(chǔ)上人工匯集雨水，實(shí)行補(bǔ)償灌溉的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式也稱為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。在人類開展人工灌溉之前，農(nóng)業(yè)都是依靠天然降水的，至今這一做法在干旱區(qū)或半干旱區(qū)還存在。我國的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)早在公元前4500 年已形成，在精耕細(xì)作的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)時代能夠?qū)崿F(xiàn)“自給自足”模式的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動（Frasier，1985；Lavee et al.，1997）。當(dāng)前，我國的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)在北方干旱半干旱地區(qū)和西南季節(jié)性干旱地區(qū)都有分布，一些缺水地區(qū)的植物在長期的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)實(shí)踐中具備了階段抗旱的特點(diǎn)。盡管產(chǎn)量不高，但在發(fā)展優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物方面依然具備優(yōu)勢。除此之外，還有一大部分地區(qū)由于地下水超采、土地超負(fù)荷利用等不合理利用造成農(nóng)田減產(chǎn)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)破壞等現(xiàn)象（黃偉和郭燕枝，2014）。

　　雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)域在自然因素和人為因素作用下存在一定的旱災(zāi)風(fēng)險，有人利用地理信息系統(tǒng)對雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行的研究表明，我國中北區(qū)、華北區(qū)、東北區(qū)和西南區(qū)為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)防御和抗御的重點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)因地制宜地實(shí)施防旱抗旱措施，在實(shí)踐中只有同時實(shí)施多種措施才能收到良好的抗旱增產(chǎn)效果（梁書民，2011）。早在 20 世紀(jì) 80～90 年代，一種由雨水收集系統(tǒng)、節(jié)水灌溉系統(tǒng)和高效農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)組成的水資源綜合管理的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)被科學(xué)家提出，并在甘肅和西北其他半干旱地區(qū)進(jìn)行實(shí)踐、取得成功（Li et al.，2000）。

　　3.1.2 雨水管理

　　相對于傳統(tǒng)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)“靠天吃飯”的做法，現(xiàn)代雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵有所發(fā)展，包括人工匯集雨水，實(shí)行補(bǔ)償灌溉、節(jié)水灌溉等。它不僅出現(xiàn)在半干旱或半濕潤易旱區(qū)，還出現(xiàn)在雨量充沛的濕潤地區(qū)。根據(jù)雨量多少，雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)可分為旱區(qū)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和濕潤區(qū)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。旱作農(nóng)業(yè)僅是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的一種，且僅指旱地農(nóng)田作物種植生產(chǎn)。天然降水是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)水資源的主要來源，該來源面臨全球氣候變化的挑戰(zhàn)。隨著氣溫不斷上升，土地干旱程度日益嚴(yán)重，雨水資源開發(fā)利用就變得格外重要。雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)因?yàn)橛幸欢ń邓繚駶欈r(nóng)田，灌溉具有補(bǔ)償農(nóng)田水分不足的性質(zhì)，灌溉水量較小，水源主要靠當(dāng)?shù)亟邓纬傻膹搅餍罘e，表現(xiàn)為小型工程。因此，雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，灌溉是對雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的有效補(bǔ)充。隨著干旱加劇和農(nóng)業(yè)灌溉用水在整個水資源分配中比例減少，雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)在未來農(nóng)業(yè)中的地位將越來越重要。圍繞雨水有效利用，人們研發(fā)或改進(jìn)的主要技術(shù)措施包括保水、蓄水和用水3 個方面。

　　保水與水土保持和環(huán)境治理緊密結(jié)合，蓄水與降低蒸發(fā)和發(fā)揮“土壤水庫”作用的農(nóng)田耕作緊密結(jié)合，用水則與農(nóng)田栽培管理緊密結(jié)合。保水與蓄水技術(shù)是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，也是水土保持和綜合治理的重點(diǎn)。無論是多雨地區(qū)還是干旱缺雨地區(qū)，水土流失都是造成農(nóng)田干旱缺水的重要因素。因此，水土保持是提高雨水有效利用的重要保證，其措施包括庫、壩、塘、窖攔蓄雨水，以及梯田建設(shè)等水土保持工程措施；也包括水土保持耕作技術(shù)和覆蓋保墑技術(shù)。在坡耕地上，由于水、土、肥的流失量隨著坡度的增加而增加，尤以雨量集中又多暴雨的半干旱地區(qū)為甚，常在緩坡地和溝谷修筑梯田、壩地或集水溝等保持水土。在風(fēng)蝕地區(qū)則營造農(nóng)田防護(hù)林、植樹種草以防風(fēng)固沙。農(nóng)田休閑期間的深耕、耙和春季播種前的淺耕也有利于保蓄部分降水，避免土壤水分散失。

　　高效用水技術(shù)是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵，核心是提高農(nóng)用植物的用水效率，其措施包括節(jié)水抗旱的植物種類、品種選育及其有效的栽培耕作管理。在栽培耕作管理中，培肥地力尤為重要。雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)地區(qū)的土壤一般比較瘠薄，增施有機(jī)肥和種植豆科牧草，是提高土壤水分的有效措施。據(jù)測定，在年降水量為 300～500 毫米的地區(qū)，如果能采用抗旱耕作培肥土壤，1 米深的土層可接納雨水 200～300 毫米，2 米厚的土層可蓄 300～600 毫米的雨水。從土壤生產(chǎn)能力看，有機(jī)質(zhì)含量 1%以上的旱地麥田，每毫米降水可生產(chǎn)小麥 0.68 千克，而瘠地麥田每毫米降水僅能生產(chǎn)小麥 0.26 千克。

　　常見的雨水集流系統(tǒng)包括集流面、輸水渠、沉沙池、攔污柵、進(jìn)水管、蓄水設(shè)施、放水口、田間節(jié)水灌溉系統(tǒng)，而常見的集流面有庭院、層面、瀝青路面、公路面、塑膜覆蓋、原土夯實(shí)等多種形式，面積一般為 100 平方米以上。蓄水設(shè)施有水窖、水窯、水池、澇池四大類，用于解決人畜飲水的蓄水設(shè)施，其容積多為 20～30 立方米，而用于發(fā)展節(jié)水灌溉或補(bǔ)充灌溉的蓄水設(shè)施容積較大，多為50～100 立方米。田間雨水灌溉技術(shù)多采用噴灌、滴灌或微噴灌（張光輝等，1997）。

　　3.1.3 內(nèi)蒙古有機(jī)農(nóng)業(yè)水分管理案例

　　在半干旱區(qū)開展傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作方式導(dǎo)致土地嚴(yán)重退化，這是因?yàn)椴菰臼遣贿m合耕作的，而是傳統(tǒng)的畜牧區(qū)。要修復(fù)草原，發(fā)揮草原生態(tài)屏障作用，一方面要開展退耕還牧試點(diǎn)，另一方面要發(fā)展有機(jī)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，盡量不動用地下水而提高經(jīng)濟(jì)價值。在半干旱區(qū)，改變當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)生產(chǎn)方式，提高單位土地面積產(chǎn)出是解決該問題的重要途徑。鑒于此，美國大自然保護(hù)協(xié)會與本團(tuán)隊合作，于 2012～2014年在內(nèi)蒙古開展了半干旱區(qū)有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)項目，旨在通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)試驗(yàn)設(shè)計，探討生態(tài)修復(fù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相平衡的高效生態(tài)旱作生產(chǎn)方式?？蒲腥藛T通過設(shè)計、指導(dǎo)、監(jiān)測和結(jié)果評估，與內(nèi)蒙古和盛生態(tài)育林有限公司合作開展生態(tài)旱作農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范工程，開發(fā)了土壤生物碳改良、有機(jī)肥合理施用、農(nóng)林廢棄物綜合利用、生態(tài)防蟲與除草、節(jié)水農(nóng)藝、種養(yǎng)結(jié)合等生態(tài)旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在半干旱區(qū)采取用生物碳截獲雨水，可保持土壤墑情，延緩干旱。該成果是在有機(jī)模式下實(shí)現(xiàn)的，即利用有機(jī)肥替代化肥，用物理＋生物方法替代農(nóng)藥，生產(chǎn)有機(jī)食品。見表 3-1，玉米收獲后 0～120 厘米土層土壤質(zhì)量含水量基本上較播種前出現(xiàn)下降，因?yàn)檫M(jìn)入旱季，而施用生物碳有一定的緩解作用，含水量下降 20.9%，而未施生物碳的處理下降了 21.5%。從其土層表現(xiàn)來看，在種植前后與收獲前后，施入生物碳處理的土壤含水量大體上高于未施入生物碳處理，可見施用生物碳有一定的保墑效果。

　　項目區(qū) 0～40 厘米耕作層土壤種植前及收獲期間均屬于重旱或極旱水平，除了施用生物碳，還需應(yīng)用其他旱作技術(shù)，如納雨蓄墑、深松蓄墑、壟蓋溝播、梯田保墑、秸稈覆蓋等，從而實(shí)現(xiàn)“蓄水保墑、高效用水”的目標(biāo)。試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古半干旱區(qū)，水資源缺乏是限制當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展的重要因素。施用生物碳在一定程度上降低了作物播種至收獲期間土壤質(zhì)量含水量的下降幅度。為進(jìn)一步改善土壤墑情，提高產(chǎn)出，在不利用地下水的前提下，仍需要采用一些輔助措施將雨水利用效率最大化。采取的其他主要措施有：①納雨蓄墑，即作物收獲后及時深耕滅茬，耕后立土?xí)褊?，以便熟化土壤和攔截徑流；②深松蓄墑，即作物收獲后及時深松不翻土，深松機(jī)深松一般需達(dá)到 30～35 厘米，播前再旋耕一次，然后耙平。深松蓄墑和納雨蓄墑可隔年交替使用；③秸稈覆蓋技術(shù)，即通過收割機(jī)對作物秸稈高茬收割（留茬高度為 30 厘米左右），粉碎的秸稈均勻鋪撒地表，高留茬利于固定碎稈，并和碎稈交織形成攔水網(wǎng)絡(luò)，在多風(fēng)地塊，秸稈覆蓋后用石磙碾壓 1～2 次，使秸稈緊貼地表；④在選用以上旱作技術(shù)的同時，選擇抗旱品種。